DD241083B1

DD241083B1 - Poliermittelmischungen mit ceroxid zum polieren von werkstoffen

Info

Publication number: DD241083B1
Application number: DD28067285A
Authority: DD
Inventors: Uwe Hotze; Guenter Traeger; Wolfgang Warziniak
Original assignee: Univ Schiller Jena
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1989-02-22
Also published as: DD241083A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Poliermittelmischungen mit Ceroxid und SiO,. Ziel der Erfindung ist es, Poliermittelmischungen herzusteilen, die entsprechend den jeweiligen Erfordernissen und abgestimmt auf den zu bearbeitenden Glas-, Kristall- oder Keramikwerkstoff oder eine Gruppe dieser Werkstoffe ein Bearbeitungsergebnis hoher Genauigkeit, Sauberkeit und Effektivität erreichen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mischungen von Ceroxid und Siliziumxerogel hergestellt werden. Das genaue Mischungsverhältnis richtet sich nach den an die Werkstoffoberfläche gestellten Forderungen und der Art des Werkstoffes. Die Poliermittelmischungen können in einer Flüssigkeit suspendiert oder in gebundener Form für das Polieren eingesetzt werden.

Description

Ausführungsbeispiele

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Poliermittelmischung zur Fertigung eines optischen Bauelementes aus Bor-Kron-Glas werden in fein zerteilter Form 69Ma.-% Ceroxid und 31 Ma.-% Xerogel vermischt. Anschließend wird die Mischung in Wasser suspendiert, bis sich eine Dichte der Suspension von 1,1 gern"³ einstellt

An dem mit der erfindungsgemäßen Mischung poliertem optischem Bauteil wird nach dem Polieren ein Streulichtendwert

S von ——— des Streulichtanfangswertes gemessen. Für das Bauteil, mit einer nur Ceroxid enthaltenden Suspension poliert, wird nach der gleichen Polierzeit noch ein Streulichtwert S von —— des Streulichtanfangswertes gemessen.

Zum Erreichen des gewünschten Streulichtendwertes S von muß mit der nur Ceroxid enthaltenden Poliersuspension die

2,5fache Polierzeit gegenüber der mit der erfindungsgemäßen Mischung benötigten Polierzeit aufgewendet werden. Weitere Ausführungsbeispiele für Glas, Kristall und Keramik sind aus der Tabelle ersichtlich. Als Vergleichswert dient bei Keramik die Rauhtiefe R_m und bei Kristall die mittlere quadratische Abweichung rms.

Auüführungsbeispiele

Werkstoff

mechan. Kennwert Größe/Einheit

Poliermittel Mischungsverh,

Bearbeitungsergebnis

benötigte iolierzeit

BK7

Glas

sin

SP 3

relative Schleifhärte nach Glas-Katalog

Ceroxid

	00	100 Ma.-%	ü	= 2	,3·	ίο -	15	mm
1,	49	Ceroxid/Xerogel 69 Ма-'/о/З! Ma. -%	S	= 4	,0·	1С"⁴	15	min
o,	Geroxid 100 Ma.-%	S	= 1	,ο	ю-¹	20	min

Geroxid/Xerogel 73 Ma.-%/27 Ma.-%

S = 6,9*10

-4

20 min

JEIIIT

	JElTIT	R	40	Druck
Kera mik	ilmavit	R	40	festig keit
	ilrnavit			TGL 9409
	Quarz
Kri			Härte nach
stall			IvIOHS

Nmm

-2

Geroxid 100 Ma.-%

R = 0,34/um

Geroxid/Xerogel 69 Ma.-fc/31 Ma.-J

= 1,37/um

12 min

450	Itfmm	Ceroxid/Xerogel 69 Ma.-^/31 Ma.-'/ü	^Rm =	0	, 15/Um	12	rain
243	Nmm	Ceroxid 100 Ma.-%		2	,80/um	3	min

3 min

Ceroxid 100 Ma.-%

m8= 1,8 nm

Quarz

Ceroxid/Xerogel 65 Ma.-%/35 Ma.-JI

rms= 1,2 nm

20 min

Claims

Poliermittelmischung für das Polieren von Glas-, Kristall- und Keramikoberflächen, bestehend aus Ceroxid und SiO₂, dadurch gekennzeichnet, daß für die Si0₂-Komponenten Siliziumxerogel als ein bereits bekanntes Gemisch von 90 bis 99,9Ma.-% Kieselgel und 0,1 bis 10Ma.-% nicht poröser Kieselsäure mit zwei resultierenden Porensystemen eingesetzt wird, wobei die Porensysteme als Porensystem 1 mit einem mittleren Porenradius r_Pf1 = 3 bis5nm bei einer Häufigkeit von r_p1 als φ = 0,05 bis 0,1 OnrrT¹ und als Porensystem 2 mit einem mittleren Porenradius r_Pr2 = 5 bis 8nm bei einer Häufigkeit von r_p2 als φ = 0,30 bis 0,50 nm~¹ charakterisiert sind und die Mischung eine spezifische Oberfläche nach BET von 200 bis 600m²/g sowie ein Gesamtporenvolumen von mindestens 0,7cm³/g besitzt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung von Poliermittelmischungen mit Ceroxid und SiO₂ zum Polieren von Glas-, Kristall- und Keramikoberflächen. Anwendbar sind die Poliermittelmischungen in suspendierter oder gebundener Form.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ceroxid ist ein bekanntes und effektives aber kostenaufwendiges Poliermittel. Aus einigen Quellen ist ersichtlich, daß die Wirkung von Poliermitteln, wie auch Ceroxid, durch Zusätze verbessert werden kann. Die CH-PS 612990 beschreibt eine Verbesserung der Betriebseigenschaften einer Diamantpaste durch Zusatz von 5Ma.-% Siliziumdioxid. Die DE-AS 1239044 gibt an, daß die Wirksamkeit von Poliermittelmischungen gesteigert wird, wenn dazu bestimmte Dioxide und Monoxide gemischt werden. Nach der GB-PS 1160126 kann der Wirkungsgrad des Ceroxidpoliermittels durch einen Anteil von 0,5 bis 20Ma.-% Siliziumdioxid an der Gesamtmischung erhöht werden. Vorzugsweise wird eine Mischung von 4 bis 5Ma.-% Siliziumdioxid an der Gesamtmischung eingesetzt. Schon Mischungen mit bis zu 8Ma.-% Siliziumdioxid werden als nicht mehr attraktiv bezeichnet, da dem Siliziumdioxid beim Polieren von Glas oder glasähnlichen Werkstoffen nur eine sehr geringere Polierwirkung zugeschrieben wird (DE-AS 1266426).

Weiterhin ist aus der DD-PS 216477 eine Poliermittelmischung aus Ceroxid und anderen seltenen Erden mit hydratisierter Kieselsäure bekannt, deren Partikeldurchmesser 2-60 μιτι beträgt und im Verhältnis von 5-95%, vorzugsweise 50%, zugemischt wird. Aufgabe dieser Mischung ist es, die Verfügbarkeit des Poliermittels in der Zuführeinheit zu erhöhen, indem ein Absetzen verhindert wird. Von wesentlichem Nachteil ist, daß hydratisierte Kieselsäure als Zusatz zu Ceroxid nicht im gesamten Werkstoffbereich (Glas) für das Präzisionspolieren anwendbar ist, da die erforderliche Oberflächenqualität (Streulichtendwert) nicht erreicht wird. Alle beschriebenen Poliermittelmischungen bedürfen zur Steigerung der Polierleistung zusätzlicher Anteile anderer Substanzen (z. B. Monoxide und Dioxide), sind in der Quantität der Zumischung dieser Anteile begrenzt oder erreichen nicht die geforderte Oberflächenqualität.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Poliermittelmischungen insbesondere für die Erzeugung optischer Funktionsflächen zu finden, die den entsprechenden jeweiligen Erfordernissen und, abgestimmt auf den zu bearbeitenden Werkstoff, ein Bearbeitungsergebnis hoher Genauigkeit, Sauberkeit und Effektivität erreichen.

Der Grad der Glättung der Oberfläche soll gleich oder besser sein, als der mit Ceroxid ohne Zusätze mögliche, und die Poliermittelmischung muß reproduzierbar herzustellen sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Poliermittelmischungen zu finden, die eine hohe Genauigkeit der Oberfläche bei Wahrung oder Verbesserung der Produktivität erzielen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Mischungen aus Ceroxid mit Siliziumxerogel hergestellt werden, in denen das Siliziumxerogel als ein bereits bekanntes Gemisch von 90 bis 99,9Ma.-% Kieselgel und 0,1 bis 10Ma.-% nicht poröser Kieselsäure mit zwei resultierenden Porensystemen vorliegt, die als Porensystem 1 mit einem mittleren Porenradius r_p2 = 3 bis 5nm bei einer Häufigkeit von r_p1 als φ = 0,05 bis О.ЮпггГ¹ und als Porensystem 2 mit einem mittleren Porenradius r_p, ₂ = 5bis8nm bei einer Häufigkeit von r_Pi2als<p = 0,30 bis 0,50 nm~¹ charakterisiert sind, wobei die Mischung eine spezifische Oberfläche nach BET von 200 bis 600m²/g und ein Gesamtporenvolumen von mindestens 0,7cm³/g besitzt.

Das genaue Mischungsverhältnis richtet sich nach den an die Werkstoffoberfläche gestellten Forderungen und der Art des Werkstoffes. Es wird nach den im Fachgebiet bekannten Methoden der statistischen Versuchsplanung festgelegt. Durch die Variation der Bestandteile Ceroxid und Xerogel in der Mischung können hinsichtlich der Abtrennungs- und Glättungsgeschwindigkeit, der Sauberkeit und Genauigkeit für bestimmte Werkstoffe oder Werkstoffgruppen optimal abgestimmte Poliermittelmischungen hergestellt werden. Die Vorteile der Poliermittelmischungen liegen in einer Verkürzung der notwendigen Polierzeiten bei einer zu Ceroxid ohne Zusätze gleichen oder besseren Glättung, Sauberkeit und Genauigkeit der Werkstoffoberfläche. Dabei kann kostenaufwendiges Ceroxid teilweise durch Xerogel ersetzt werden. Bis zu 50% Ceroxideinsparung wird damit ermöglicht.